首页 高压浸出 搅拌浸出 数字孪生 湿法冶金 溶剂萃取
浮选专家系统 2024-09-30 16:34:01

工艺金条可以回收吗(贫矿金属回收工艺)

一、工艺低品位胶磷矿浮选工艺研究

高惠民王向荣荆正强毛益林张凌燕朱瀛波管俊芳

(武汉理工大学资源与环境工程学院,金条湖北武汉 430070)

摘要针对目前胶磷矿脱镁难的可回矿金难题,采用胶磷矿的收贫属回收工正-反浮选工艺流程并将选择性好的G-4捕收剂和S721配合使用,使原矿品位为17.96%、工艺MgO含量为2.31%的金条低品位胶磷矿达到精矿品位大于30%、MgO含量小于1%的可回矿金良好指标。对红外光谱测定和理论计算方法的收贫属回收工研究表明,捕收剂G-4捕收胶磷矿是工艺以化学吸附为主、化学吸附与物理吸附共同作用的金条结果;抑制剂水玻璃可“活化”胶磷矿而抑制硅酸盐类脉石矿物;S721在白云石表面吸附并形成水化膜,从而有效地抑制白云石,可回矿金降低精矿中氧化镁的收贫属回收工含量[1~6]。

关键词胶磷矿;正-反浮选;作用机理。工艺

第一作者简介:高惠民(1958—),金条男,可回矿金硕士,副教授,从事非金属矿加工的教学及科研工作。固定电话:027-87882128(办);移动电话:13971465349;E-mail:gaohuimin1958@126.com。

一、引言

随着国民经济的快速发展,对磷资源的需求量也在不断扩大,而富矿资源又在不断减少,贫富兼采和贫矿选矿势在必行,磷矿价格的不断上涨也使贫矿选矿在经济上变得可行。

二、试验

(一)试验样分析

试样为采自远安境内矿矿区上层及下层矿的混合样。矿物分析表明,矿石中磷灰石占40%~50%,石英占25%~30%,伊利石(绢云母,混层矿物)占5%~10%,方解石、白云石占5%~10%。原矿化学成分分析结果见表1。

表1原矿的化学分析结果

综合镜下观察、XRD分析、化学成分分析,按矿石的P2O5、SiO2、MgO组分含量及矿石的可选性等,混合矿可归属硅酸盐工业类型,品级为Ⅲ,为较难选的矿石。

(二)浮选试验研究

试验采用正-反浮选闭路流程,具体见图1。

其试验结果见表2。

表2闭路试验结果

图1浮选试验流程

由表2看出,闭路试验指标已经比较理想,产率48.40%,P2O5品位和回收率分别达到31.21%和83.95%,精矿中主要有害杂质含量较低,综合精矿镁、铁、铝氧化物含量与五氧化二磷含量之比为10.45%,小于生产磷酸二铵12%的要求,完全能够满足生产磷酸二铵的需要。

三、机理探讨

(一)捕收剂作用机理探讨

1.pH值对G-4离解组分的影响

G-4是一种阴离子脂肪酸捕收剂,主要成分为油酸与亚油酸混合物的皂化产物,因而比一般脂肪酸捕收剂具有更好的抗低温能力、更强的捕收性能和更好的溶液分散性[1]。

油酸是一种弱酸,按照以下化学平衡,油酸可电离形成具有不同溶解度和表面活性的复杂产物[2]。

RCOOH(液体)===RCOOH(水溶液) pK溶液=7.6

RCOOH(水溶液)===RCOO-+H+ pKa=4.95

2RCOO-+H+=(RCOO)2H- pKd=-4.0

RCOO-+RCOOH=(RCOO)2H- pKad=-4.95

OL-(L代表RCOO-)、

、(OL)2H-离子L为RCOO-和HOL(水溶液)分子的浓度决定于溶液的pH。例如,pH<6.0,主要的电离产物是HOL(水溶液),而pH>8.0,主要的电离产物是OL-和

。在捕收剂呈电离形式OL-和

的pH值(>8.0)时正好出现快速浮选现象。在这种条件下,在斯特恩(Stern)面上有大量的捕收剂存在。用这可以解释在pH=9.0~9.5范围时精矿回收率最高。

在中性及弱碱性矿浆中则有效成分(RCOO)2H-及RCOO-浓度较高,浮选效果较好,但矿浆pH值也不宜过高,否则矿浆中高浓度的OH-离子与(RCOO)2H-、RCOO-离子会发生竞争吸附,相互争夺矿物表面或从矿物表面排挤(RCOO)2H-及RCOO-离子,降低矿物表面的疏水性,因而有使矿物被碱抑制的可能;另一方面,在强碱性介质条件下,有效成分(RCOO)2H-的浓度将急剧降低[3]。

碳酸钠用量的单因素试验(图2)也说明,当碳酸钠用量较低,即矿浆pH值小于9时,精矿的品位及回收率都很低;在矿浆pH值大于10时,品位及回收率也会急剧降低。这恰恰证明了上述观点:①OL-和

是浮选胶磷矿的最有效组分;②pH值过高,矿浆中的OH-会与捕收剂阴离子竞争矿物表面,排挤(RCOO)2H-及RCOO-离子在胶磷矿表面的吸附,从而使胶磷矿的品位及回收率急剧降低。

图2碳酸钠用量对浮选指标的影响

2.G-4在胶磷矿表面的作用机理分析

为了研究G-4在胶磷矿表面的吸附机理,分别对G-4纯药剂、G-4正浮选粗精矿和G-4正浮选粗精矿多次水洗后的矿样做红外光谱分析。

从G-4的红外光谱可以知道:2957 cm-1处为甲基的不对称振动吸收峰2920 cm-1,2850 cm-1处为亚甲基的对称振动与非对称吸收峰,1661 cm-1和964 cm-1处的弱峰分别是C=C双键的对称振动吸收峰及弯曲振动吸收峰,1559 cm-1处的中强峰为羧基的不对称吸收峰。这说明G-4是一种不饱和羧酸类捕收剂。

由被G-4作用后的胶磷矿粗精矿的红外光谱可以看出:2980 cm-1、2926 cm-1处分别为甲基和亚甲基的不对称振动吸收峰,3396 cm-1、1095 cm-1处也是G-4的红外光谱特征吸收峰。经过多次水洗的粗精矿的红外光谱与未水洗者无很大的差别,只是在2980 cm-1处的甲基不对称振动吸收峰变得稍弱。

脂肪酸及其皂类在矿物表面吸附的一般规律是,脂肪酸及其皂类与矿物表面金属离子作用生成的捕收剂——金属盐难溶盐,溶度积越小,则捕收作用也越强,药剂在矿物表面的吸附亦越牢固。但由于油酸及亚油酸在溶液中均属于弱电解质,其强碱弱酸盐在溶液中极易水解,所以油酸(亚油酸)及其盐在溶液中的存在形式为离子、分子、离子分子二聚物、分子二聚物等,它们分别以范德华力、静电吸附和化学吸附的形式与矿物表面作用。G-4的红外光谱说明:G-4在胶磷矿表面的吸附实际上是以化学吸附为主、物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

(二)有机抑制剂S721对白云石的抑制机理

1.S721的红外光谱分析

对一羟基苯磺酸或萘磺酸与甲醛或其他醛(如糠醛、乙醛、丙醛等)的缩合产物,称为合成单宁。S721属于合成单宁的一种。

分析S721的红外光谱可知:3384 cm-1处宽而强的是多聚体中羟基的振动吸收峰;1660~2000 cm-1波段的一组弱峰是苯环中=C-H面外振动的倍频和合频振动吸收峰;1164 cm-1为酚羟基的振动吸收峰;1028 cm-1、517 cm-1分别为磺酸基中硫氧键的对称振动和弯曲振动吸收峰;578 cm-1处的中强峰为磺酸基与碳环相连的C-S键的振动吸收峰;665~900 cm-1波段是苯环中=CH面外振动吸收峰,其中882 cm-1处为苯环中孤立氢的振动吸收峰。

由红外光谱分析结合S721的物理性质,可推断S721的主要组分大致如下:

中国非金属矿业

2.S721对白云石的抑制机理

萘磺酸甲醛缩合物是一种阴离子聚电解质,在浮选过程中起以下作用。

1)润湿与润滑作用。萘酚磺酸甲醛缩合物离解后,电负性大的极性亲水基团——磺酸基靠表面电性定向吸附于白云石颗粒的表面,羟基基团则朝向水,并与水分子以氢键形式缔合起来,这种氢键缔合作用的作用力远远大于磺酸根与白云石颗粒间的静电引力。当白云石颗粒表面吸附了足够多的萘磺酸盐后,借助于R-OH与水分子中氢键的缔合作用,再加上水分子间的氢键缔合,在白云石颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,这层“空间壁障”阻止了白云石颗粒的直接接触,白云石表面亲水受到抑制。当萘酚磺酸甲醛缩合物被吸附在固体表面层后,其亲水基团的一端往往会吸附一层水分子。水分子在萘酚磺酸甲醛缩合物的亲水基那面形成一层水膜,而使相邻的两个固相表面很容易被水分湿润而分开,从而改变了固体表面相互接触之间的摩擦力,使原来固相间的摩擦力因水化层的润滑作用而减小。这就可以解释“加入S721后矿浆的流动性变好、同样的搅拌强度下浮选槽中的矿浆液面升高”的现象。

2)对白云石的抑制作用。阴离子聚电解质在矿浆碱性介质中解离成带电荷的阴离子和普通的金属阳离子。R(OH)—SO3-Na→R(OH)—SO3-+Na+,大分子量的阴离子R(OH)-SO3-通过静电引力与范德华力被白云石颗粒表面选择性地吸附。萘酚磺酸根定向吸附于白云石颗粒表面,而萘酚磺酸缩合物另一端的羟基指向水溶液,形成一层溶剂化的单分子膜,白云石表面由于这层膜的亲水作用而受到抑制。为了从理论上说明萘磺酸甲醛缩合物对胶磷矿和白云石的选择性,以及矿浆中离子对萘磺酸甲醛缩合物的影响,采用量子力学方法计算了浮选过程中吸附体系的成键特性,可得出如下结论:①萘磺酸根上S-O(简称O20)与Ca的相斥能大,而与Mg的相斥能相对就弱得多。Mg2+、MgCO3和

体系中的O20与Mg的E(AB)分别为-0.371、-0.231、-0.117,在不同程度上表现出相吸。表明镁盐比钙盐更容易与萘磺酸甲醛缩合物形成吸附配合物。②O20~Ca的键集居数比分子内部的键集居数小得多(分别为0.187、0.165、0.139),表明其键合强度弱。而模型中O20~Mg的键集居数(分别为0.509、0.470、0.443)接近分子内部集居数,进一步证实了相互作用能的分析。镁盐比钙盐更容易形成吸附配合物。从上述计算不难看出,Mg2+比Ca2+、MgCO3比CaCO3、

易于与萘磺酸甲醛缩合物形成吸附产物。这是分离胶磷矿与白云石具有良好选择性的根本原因。

3)分散作用。在破碎磨矿过程中,粘土矿物硬度最低,白云石和方解石次之。由于白云石以很纯的微晶集合体存在,所以在磨矿过程中容易单体解离且很容易过粉碎。白云石颗粒在溶液中吸附了S721,在颗粒表面形成扩散双电层,改变了原有双电层的厚度和结构,引起ξ电位的变化。ξ电位反映了带同性电荷的颗粒之间存在的相互排斥力,ξ电位越大,排斥力越大,分散作用也越大。总之,S721对矿浆显示出较强的分散作用是由于:固—液界面上的正吸附,表面自由能下降,而使分散体系固有的热力学不稳定程度降低,S721分子在白云石上的定向吸附使白云石的ξ电位提高,因而静电斥力增大,形成了抑制凝聚倾向的定向吸附层。S721用量的单因素试验表明:当S721用量从300~1000 g/t递增时,粗精矿产率及回收率都呈递增趋势。可以说明,当S721用量较小时可以活化胶磷矿、抑制白云石。主要原因可认为是S721对矿浆的分散作用的结果。S721的加入减弱了矿泥间的团聚作用,减少了矿泥在胶磷矿表面的罩盖,从而增加了捕收剂与胶磷矿之间接触碰撞的几率。

四、结论

根据国内外低品位胶磷矿的研究现状,针对降镁难的难题进行了研究。研究了胶磷矿正-反浮选工艺流程,并通过红外光谱的测试手段探讨了选矿药剂与矿物的作用机理,通过表面张力的测试手段探讨了表面活性剂的协同效应。得出如下结论。

1)脂肪酸类捕收剂G-4对胶磷矿的捕收作用是以化学吸附为主、化学吸附与物理吸附共同作用的结果。

2)对水玻璃溶液的分析结果表明:对石英起抑制作用的最有效的组分是

与硅酸胶粒;水玻璃不是单一组分的溶液,而是各种模数不等的水玻璃的集合体,在不同的pH值范围内,水玻璃溶液的组分会随之变化。

3)S721通过在白云石表面吸附并形成水化膜,可以有效地抑制白云石,并因此对矿浆具有分散作用,减少了矿泥在胶磷矿颗粒上的包覆几率,提高了选矿指标。

4)流程采用脂肪酸类捕收剂G-4与S721配合使用,进一步解决了难选胶磷矿脱镁难的问题,使原矿品位为17.96%、MgO含量为2.31%的低品位胶磷矿达到精矿品位大于30%、MgO含量小于1%的良好指标。

参考文献

[1]康年,罗惠华,姚杨.捕收剂的亚油酸/油酸比值对磷矿浮选的影响.化工矿物与加工,2003,11:1-3

[2]H.艾夏尔,等.浮选佛罗里达磷矿的浮选柱的优化研究.国外金属矿选矿,2002,8:33-37

[3]胡熙庚.浮选理论与工艺.长沙:中南工业大学出版社,1991,168

[4]Iwasaki L,et al.Cationic flotation of oxide and silicates.Trans.A11v1E.,1962,233

[5]胡熙庚.浮选理论与工艺.长沙:中南工业大学出版社,1991,189

[6]胡为柏.浮选.长沙:中南工业大学出版社,1980,55-56

A Study on the Flotation Process of Low Grade Phosphorite and the Action Mechanism of Reagent

Gao Huimin,Wang Xiangrong,Jing Zhengqiang,Mao Yilin,Zhang Linyan,Zhu Yingbo,Guan Junfang

(Resource& Environmental Engineering College,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,Hubei,China)

Abstract:According to the difficulty of dolomite desertion from phosphorite,straight-reverse floatation was applied in floatation with collector G-4 of better selectivity and depressant S721.The good indexes were obtained that the content of P2O5was more than 30% and the content of MgO was lower than 1% while the content of P2O5in run-of-mine ore was 17.96% and the content of MgO in run-of-mine ore was 2.31%.The action mechanism among the minerals and floatation drugs had been studied by means of IR and academic calculation.It showed that the adsorption between G-4 and ore is a combined action of chemical-adsorption with the chemical adsorption as the main action and some physical adsorption.And certain Na2SiO3 was appllied to make the phosphorite activated and the silicate barren rock depressed.The dolomite was depressed since S721 was absorped on its surface and formed a hydrous membrane.

Key words:phosphorite,straight-reverse floatation,action mechanism.

二、铜矿石中提炼铜的方法

一、从铜矿石中提取铜的方法

对于含铜品位较低的矿石,需要经过选矿,使品位富集成为铜精矿(按冶金部1976年颁发的标准,铜精矿要求含铜品位为8~28%。在实践生产中含铜品位一般10~20%,个别有达30%者),然后将精矿冶炼成冰铜(为硫化铜与铁的合金,含铜品用浮选法,有的配合使用磁选法、重选法或湿法冶炼等。

为正确选用各种选矿方法,要研究铜矿石的物质组份和结构构造;查明铜矿石的自然类型和工业类型;还要了解矿石中难选矿物的含量及其大致分布情况等。

铜矿石的自然类型一般按其含氧化铜和硫化铜的比例不同,分为硫化矿石(含氧化铜在10%以下)、混合矿石(含氧化铜10~30%)和氧化矿石(含氧化铜在30%以上)三种。现将不同类型铜矿石常用的选矿方法简介如下:

1.单一硫化铜矿石的选矿。一般采用浮选法选矿。

2.多金属硫化矿石的选矿。一般根据其主要组份而形成的不同加工技术特性,分别采用混合浮选法、优先浮选法、混合优先浮选法、浮选和重选联合选矿法、浮选和磁选联合选矿法,以及浮选和湿法冶炼联合进行处理等。

3.混合矿石选矿。一般均可采用浮选法,它可以单独处理,或与硫化矿石一起处理;也可采用浮选和湿法冶炼联合处理,即先用浮选法选出铜精矿,再将浮选后的尾矿用湿法冶炼处理。

4.氧化矿石的选矿。一般用浮选与湿法冶炼联合处理或用离析法与浮选联合处理;含结合式氧化铜高的矿石,一般用湿法冶炼处理。

二、铜矿石的选矿方法和对铜矿石的质量要求

铜矿石的选矿主要失去活性而降低转化率。因此,一般要求铜精矿中砷的含量小于0.3%。

氟:以氟化氢(HF)状态进入炉气,带入制酸车间,腐蚀破坏生产设备。一般要求铜精矿中氟的含量小于0.1%。

锌:在冶炼过程中一部份以氧化锌(ZnO)状态进入渣中,增大渣的粘度,夹杂铜和影响铜的熔解;一部份以硫化锌(ZnS)的状态进入冰铜中,使冰铜呈粘滞或泡沫状,不利与渣分离。另外,当冰铜温度低于1200℃时,硫化锌(ZnS)结晶析出,形成炉结阻塞放铜口。因此,一般要求铜精矿中锌的含量小于6%;否则,要进行优先浮选。

镁:以氧化镁(MgO)状态存在于含镁矿物中,铜矿石中含有滑石、蛇纹石、绿泥石、橄榄石等含镁高的矿物,易泥化,采用浮选时,多与铜矿物一起浮出,分选困难,而且容易形成泥饼,使磨矿流程不畅通。此外,含氧化镁(MgO)高的铜精矿入炉后使炉渣产生粘性,熔点增高并导致熄炉。因此,一般要求铜精矿中氧化镁(MgO)的含量小于5%。

2.湿法冶炼主要适用于处理氧化矿石或含自然铜不高的单一矿石。由于使用的浸出剂不同,又分:

硫酸浸出法——用以处理二氧化硅含量很高的酸性氧化矿石;

氨浸出法——用以处理含多量碱性矿物的氧化矿石或自然铜贫矿;

细菌浸出法——用以处理低品位硫化矿石。

三、铜矿石的冶炼方法和对铜矿石的质量要求

铜矿石的冶炼方法主要是火法冶炼,其次是湿法冶炼。冶炼方法的选择主要取决于矿石的性质和物质组份。所以要求认真研究矿石类型、物质成分、难熔的矿物和有害组份锌、砷、氟、镁等的含量、赋存状态及其分布范围。

1.火法冶炼是最常用的铜矿冶炼方法,又分鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、闪速炉熔炼、诺兰达连续炼铜法等。鼓风炉熔炼效率较低,电炉熔炼耗电量大,反射炉熔炼采用的较多,而后两种是较新的冶炼方法。

反射炉熔炼主要是处理浮选后的铜精矿,-般要求精矿的含铜品位不得低于8%,最好为15~20%。

铜精矿中的有害杂质砷、氟、锌、镁等,影响冶炼工艺和污染环境卫生,在矿料入炉时要进行控制,或在冶炼中加以回收处理。

砷:以氧化状态存在,在冶炼过程中容易挥发,进入烟尘后污染大气,对人体有害;冰铜中的砷通过转炉吹炼后,进入制酸系统的砷在转化器里使触媒逐渐位一般30~45%),冰铜经过吹炼而成为粗铜(含铜品位97~99%),粗铜再经过火法精炼或电解精炼而得到精铜(含铜品位99.9%以上)。有少量富铜矿石(一般含铜大于5%)可以不经过选矿,而与铜精矿混合直接入炉冶炼。

三、铁矿石洗选矿工艺流程

铁矿选矿技术与工艺

我国铁矿由于贫矿多(占总储量的97.5%)和伴(共)生有其他组分的综合矿多(占总储量的1/3),所以在冶炼前绝大部分需要进行选矿处理。

1996年全国入选铁矿石21497万t,占全国产铁矿石原矿25228万t的85.2%。入选铁矿石生产铁精矿粉8585.7万t,其中重点选矿厂处理原矿10961万t,生产铁精矿粉4158万t,占全国铁精矿粉产量的48.4%。

(一)矿石破碎

我国选矿厂一般采用粗破、中破和细破三段破碎流程破碎铁矿石。粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎机,中破使用2.1m或2.2m标准型圆锥式破碎机,细破采用2.1m或2.2m短头型圆锥式破碎机。通过粗破的矿石,其块度不大于1m,然后经过中、细破碎,筛分成矿石粒度小于12mm的最终产品送磨矿槽。

(二)磨矿工艺

我国铁矿磨矿工艺,大多数采用两段磨矿流程,中小型选矿厂多采用一段磨矿流程。由于采用细筛再磨新工艺,近年来一些选矿厂已由两段磨矿改为三段磨矿。采用的磨矿设备一般比较小,最大球磨机3.6m×6m,最大棒磨机3.2m×4.5m,最大自磨机5.5m×1.8m,砾磨机2.7m×3.6m。

磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机。为了提高效率,部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机。

(三)选别技术

1.磁铁矿选矿

由于矿石磁性强、好磨好选,国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程,对于粗粒嵌布的磁铁矿采用前者(一段磨矿),细粒、微细粒嵌布的磁铁矿采用后者(二段或三段磨矿)。我国自己研制的系列化的永磁化,使磁选机实现了永磁化。70年代以后,由于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术,使精矿品位由62%提高到了66%左右,实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求。

2.弱磁性铁矿选矿

主要用来选别赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿、假象赤铁矿或混合矿,也就是所谓的“红矿”。这类矿石品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂,选别困难。80年代后,选矿技术方面对焙烧磁选、湿式强磁选、弱磁性浮选和重选等工艺流程、装备和新品种药剂的研究不断改进,使精矿品位、金属回收率不断提高。

3.多金属共(伴)生矿选矿

这类矿石成分复杂、类型多样,因此采用的方法、设备和流程也各不相同,如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选、絮凝浮选、弱磁-反浮选-强磁选、弱磁-正浮选、焙烧磁选等不同的工艺流程,以提高铁的回收率,并综合回收稀土氧化物。攀枝花铁矿通过磁选获得TFe53%左右的钒铁精矿,磁选后的尾矿通过弱磁扫选-强磁选-重选-浮选-干燥电选,获得钛精矿和硫钴精矿,回收钛和钴。大冶铁矿采用弱磁-强磁和浮选,综合回收铁、铜和钴、硫等元素。

鑫合机械三十多年来一致致力于新型选矿技术的研究,鑫合机械新型环保铁矿选矿设备技术研发部是专门研发铁矿选矿技术的专业机构,研制生产铁矿选矿系列设备,根据客户的反馈及铁矿石的物理特性不断进行技术改进,并拥有大量的铁矿客户选矿实例及丰富的铁矿选矿经验。想了解更多的赤铁矿选矿技术工艺请拨打鑫合机械铁矿选矿设备专家免费咨询电话:4006596317,我们将免费为您提供更多的铁矿选矿技术支持!百度地图

参考资料:金元素在线分析仪